Ficha Unidade 0 1 10ano

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Marília Peres 1 
 
 
 
 
Física e Química A 
Ficha de trabalho: Física - Modulo Inicial e Unidade 1 
Ano Lectivo: 2011/2012 10.º Ano 
 
 
1. Numa instalação solar de aquecimento de água, a energia da radiação solar absorvida na superfície das 
placas do colector é transferida sob a forma de calor, por meio de um fluido circulante, para a água 
contida num depósito, como se representa na figura 1. 
A variação da temperatura da água no depósito resultará do balanço entre a energia absorvida e as 
perdas térmicas que ocorrerem. 
1.1. Numa instalação solar de aquecimento de água 
para consumo doméstico, os colectores solares 
ocupam uma área total de 4,0 m2. Em 
condições atmosféricas adequadas, a radiação 
solar absorvida por estes colectores é, em 
média, 800 W/m2. 
 Considere um depósito, devidamente isolado, 
que contém 150 kg de água. Verifica-se que, ao 
fim de 12 horas, durante as quais não se retirou 
água para consumo, a temperatura da água do 
depósito aumentou 30 ºC. 
Calcule o rendimento associado a este sistema 
solar térmico. 
Apresente todas as etapas de resolução. (R: 14%) fig. 1 
c (capacidade térmica mássica da água) = 4,185 kJ kg–1 ºC–1 
 
1.2. Numa instalação solar térmica, as transferências de energia poderão ocorrer de três modos: 
condução, convecção e radiação. Explique em que consiste o mecanismo de transferência de 
energia térmica por condução (explicitando a diferença relativamente à convecção). 
Adaptado do Exame de 2007, 1.ª Fase 
 
 
2. Os painéis fotovoltaicos são utilizados para produzir energia eléctrica a partir da energia solar. Suponha 
que a energia solar total incidente no solo durante um ano, na localidade onde vive, é 1,10x1010 J.m–2. 
Calcule a área de painéis fotovoltaicos necessária para um gasto diário médio de electricidade de 
21,0 kW.h, se instalar na sua casa painéis com um rendimento de 25%. Apresente todas as etapas de 
resolução. (R: 10,0 m2) 
Exame de 2006, 2.ª fase 
 
eng. Joao Mateus Matsimbe
 
Marília Peres 2 
3. Calcule a área de um painel fotovoltaico para alimentar um computador que necessita de 300W de 
potência. Admitir que a potência da radiação solar que chega ao painel por unidade de área, é de 
400W/m2 e que o rendimento é 25,0%. (R: 3,00 m2) 
 
4. Pretende-se que uma bateria alimente duas lâmpadas de 100W cada, durante 4,0 horas. A bateria é 
carregada durante o dia por um painel fotovoltaico. Admitir que as perdas no processo de carga e 
descarga da bateria são de 60% da energia útil fornecida pelo painel. 
4.1. Calcule a energia que é necessário a bateria fornecer durante a noite para fazer funcionar as 
lâmpadas. (R: 2,9x106 J) 
4.2. Quantas células fotovoltaicas são necessárias para fornecer a intensidade de corrente necessária 
para carregar a bateria? Admitir que o painel está, em média, 5,0 horas exposto à luz solar e que 
cada célula tem 100W de potência útil.(R: 4 células) 
 
5. Qual o calor transferido por segundo através de uma parede de um apartamento com área de 15 m2, com 
espessura de 25 cm, sabendo que a temperatura no exterior é de 12,0 ºC e no interior do apartamento é 
17,0 ºC. A condutividade térmica dos tijolos dessa parede é de 0,60 W.m-1.K-1. (R: 1,8x102 J/s) 
 
6. Um corpo de massa 300 g é constituído por uma substância de capacidade térmica mássica (c) é igual a 
250 J.kg-1.ºC-1. Determina: 
6.1. A quantidade de calor, sem alteração de volume, que o corpo deve receber para que a sua 
temperatura varie de 10 ºC para 60 ºC. (R: 3,8x103 J) 
6.2. Que quantidade de energia sob a forma de calor deve ceder às vizinhanças para que a sua 
temperatura diminua 25 ºC. (R: -1,8x103 J) 
 
7. Um bloco de ferro de 80 g perde 450 J sob a forma de calor. Sabendo que inicialmente se encontrava a 
25 ºC, determina a sua temperatura final. (R: 13ºC) 
Dados: c (Fe) = 460 J.kg-1.ºC-1 
 
8. Uma bala de chumbo de massa 10 g choca, à velocidade de 100 m/s, com uma parede, ficando nela 
incrustada. Se 30% da energia cinética da bala for transferida para as vizinhanças como calor e na 
deformação da parede, determine o aumento da temperatura da bala. cPb = 159 J kg-1 K-1 (R: 22 ºC) 
 
9. Um pescador, dentro de um barco, no mar alto, repara, que durante um segundo o barco executa meia 
oscilação (vai desde o ponto mais alto ao mais baixo). Este facto deve-se a que o barco é apanhado pelas 
ondas do mar que se propagam à velocidade de 3,0 m/s. 
9.1. Calcule a frequência das ondas do mar. (R: 0,5 Hz) 
 
9.2. Calcule o respectivo comprimento de onda. (R: 6 m) 
 
 
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10. Quando se fornece energia a uma substância, mantendo-se a pressão constante, nem sempre há 
aumento de temperatura. Observe o gráfico da figura 2, que representa como varia a temperatura de 
uma amostra de água de massa, m, em kg, com a energia, E, que lhe é transferida, à pressão de 
1 atm. 
c(água líquida) = 4200 J kg–1 K–1 
Hfusão = 3,34 × 105 J kg–1 
c(gelo) = 2100 J kg–1 K–1 
Hvaporização = 2,26 × 106 J kg–1 
 
fig. 2 
10.1. Seleccione a alternativa correcta. 
(A) A energia recebida pela água na fase sólida ( A→B ) pode ser calculada pela expressão 
E= 3,34×105 × m × θ1 J. 
(B) A energia recebida pela água durante a ebulição ( D→E ) pode ser calculada pela 
expressão E= 2,26×106× m × 100 J. 
(C) A energia recebida pela água na fase líquida ( C→D ) pode ser calculada pela expressão 
E= 4200 × m × 100 J. 
(D) A energia recebida pela água durante a fusão ( B→C ) pode ser calculada pela expressão 
E= 2100 × m × 100 J. 
 
10.2. Justifique, com base no gráfico, a afirmação seguinte.«Fornecendo a mesma energia a massas 
iguais de água líquida e de gelo, verifica-se que o aumento de temperatura é maior no gelo.» 
Informação-exame 2007 
 
11. Um astronauta situado no Espaço observa que a Terra possui um certo brilho. O mesmo astronauta, em 
Terra, verifica que a Lua é um astro bastante escuro, sem brilho. Este facto permite afirmar que o 
albedo da Terra e da Lua têm valores muito diferentes. 
11.1. O que indica o albedo de um corpo? 
11.2. Quem possui um albedo maior, a Terra ou a Lua? 
11.3. Qual o factor principal que contribui para esses valores tão diferentes? 
 
 
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12. É um perigo deixar um ser vivo, ao Sol, no interior de um automóvel fechado. Um automóvel preto, 
deixado ao sol, absorve 650 W de energia, por cada m2 da sua superfície. 
12.1. Que significa dizer que o carro está em equilíbrio radiativo? 
 
12.2. Determine a temperatura (em ºC) de equilíbrio radiativo do interior do carro, admitindo que 
e =1. (R: 54ºC) 
Dado:  = 5,67x10-8 W m-2 K-4 
 
13. A quantidade de energia transferida para um sistema como calor, não havendo mudança de estado 
físico, calcula-se pela seguinte expressão: Q = m c  
13.1. Indique o nome de cada uma das grandezas indicadas na expressão anterior, assim como as 
respectivas unidades SI. 
 
13.2. A qual dos gráficos, da figura 3, se refere um aquecimento de um corpo, sem mudança de 
estado físico? 
 
fig. 3 
13.3. Que nome se dá à grandeza m x c? 
 
13.4. Esboce num único gráfico Q = f( ) as curvas que traduzem o aumento da temperatura de dois 
corpos, tais que: m2 = 2 m1 e c2 = 2 c1. 
 
13.5. Se se fornecer a mesma energia aos dois corpos 1 e 2, referidos na alínea anterior, qual o 
sistema que atinge a temperatura mais elevada, supondo neste caso que a massa seria igual. 
 
14. Num certo instante, uma bola de 100 g atinge uma dada posição num plano inclinado, a 50 cm do 
chão, com velocidade de módulo 2,0 m/s. (g= 9,8 m/s2) 
14.1. Calcule a energia potencial gravítica (do sistema bola + Terra) nessa posição.(R: 0,49 J) 
14.2. Qual a sua energia mecânica nessa posição? (R:0,69 J) 
14.3. Indique o valor da energia cinética no instante que atinge o chão, considerando que não houve 
dissipação de energia.